天游线路检测中心 电子束熔炼法精炼多晶硅
太阳能电池
太阳能发电具有以下特点：（1）它是一种取之不尽用之不竭的能源，（2）它是清洁能源，运行过程中没有排放或浪费，（3）输出与太阳能电池的装机容量成正比，可用于多种应用，（4）它没有移动部件，易于维护。因此，它有望成为石油的替代能源。目前正在研究各种材料，材料可大致分为硅基、化合物基和有机基。表 1 显示了典型的太阳能电池类型及其转换效率 [1]。
目前，采用硅基材料晶体硅的太阳能电池因其具有高性能、高可靠性、安全性（不含有毒元素）、资源丰富等诸多优点而得到广泛应用。应用包括住宅屋顶、户外照明、休闲车和船、导航辅助设备、灌溉泵以及与运行电力线隔离的区域的发电。
预计未来太阳能电池产量将保持在较高水平。未来，能否稳定供应多晶硅原材料以满足太阳能电池的生产量也将是一个关键问题。| 研究水平（小区域） | 实践级别（模块） | ||
|---|---|---|---|
| 硅基 | 单晶硅 | 25.0% | 22.9% |
| 多晶硅 | 20.4% | 15.5% | |
| 薄膜硅系统 | 11.7% *注1 | 10.4% *注2 | |
| 结合非晶硅和单晶硅的太阳能电池 | 22.5% | 17.0% | |
| 化合物半导体系统 | 化合物薄膜（CIS型） | 19.4% | 13.5% |
| III-V族化合物半导体太阳能电池 | 40.7% *注3 | - | |
| 有机 | 染料敏化太阳能电池 | 10.4% | 8.2% |
| 使用有机聚合物的太阳能电池 | 5.2% | - | |
注1：结合非晶硅和微晶硅的堆叠式太阳能电池注2：结合a-Si和a-SiGe的3层堆叠太阳能电池模块注3：使用具有三层III-V族化合物半导体和Ge层状结构的太阳能电池在240倍集中光下测量的值
多晶硅原料供应
晶硅太阳能电池占太阳能电池产量的70%以上，预计未来仍将占据较高比例。全球包括半导体用多晶硅原材料的产量持续逐年增长，预计2012年产量将超过20万吨。
半导体用硅原料要求十一个九（99999999999%纯度）的高纯度，但据说太阳能电池用硅原料（太阳能级硅）六个九（999999%纯度）就足够了。传统上，半导体行业生产的廉价不合格产品一直被用作太阳能级硅，但其供应有限。随着太阳能电池产量的增加，需要新的太阳能级硅纯化技术。下面描述多晶Si原料的典型制造方法、西门子法和使用电子束的熔体精炼法(冶金法)。
西门子法
使用三氯硅烷 (SiHCl3)通过再次气化成固体来纯化。[2][3]液体三氯硅烷 (SiHCl3)。三氯硅烷通过重复蒸馏和纯化而得到高度纯化。硅棒在沉淀炉中被加热至约 1000 °C（图 1）。三氯硅烷 (SiHCl3)和氢气，高纯度多晶硅沉积在硅棒上。最终结果是十一个九的高纯度。
图1西门子法示意图熔融精炼法（冶金法）
本文介绍了NEDO项目中开发的熔体精炼方法（冶金方法）[4]。
这是一种以金属Si为起始原料，通过冶金方法去除其中所含的杂质元素以提高其纯度的技术。虽然不像西门子法那样达到半导体级，但可以达到太阳能电池中使用的六个九（SOG-Si）的纯度。
由于它不需要像西门子方法那样的大型设备，因此具有保持较低资本投资并且需要较少能源来获取原材料的优点。
熔体精炼法（冶金法）具体包括第一阶段的脱磷和粗脱金属杂质，第二阶段的脱硼和脱碳以及最终脱金属杂质（图2）。
除磷是通过电子束熔化完成的。用高功率电子束照射金属Si使其熔化。由于蒸气压的差异，磷优先蒸发，从而提高纯度。
通过单向凝固去除铁、铝、钛等金属杂质。当金属凝固时，杂质浓度分布变得不均匀的现象称为偏析现象，随着熔融硅逐渐冷却，杂质移动到液相，并最终聚集在一处并被去除。
图。图3是使用JEBG-3000UB的熔化炉的图像。在图3中，炉床使用一支电子枪，模具使用一支电子枪。还可以通过增加线性电子枪的数量来增加输出。
图2熔体精炼过程和电子束熔炼过程示意图
图3 用于精炼多晶硅原料的高功率电子束源的图像参考文献
[1]电子杂志2010年太阳能发电技术百科全书P13[2] Nikkei Microdevices 2007 年 4 月 P51 (NIKKEI MICRODEVICES 2007 年 4 月 P51)[3] 半导体行业报纸 2007 年 5 月 2 日[4] NEDO“开发硅制造工艺以合理化能源使用”事后评估报告
